СЛОИСТЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 1995 года по МПК H01B1/24 

Изобретение относится к товарам народного потребления электротехнического, строительного, спортивного и др. назначений и может найти применение при производстве электронагревательных приборов, которые могут быть использованы для обогрева помещений в жилых, общественных, животноводческих, производственных и других зданиях и сооружениях.

Для изготовления электронагревателя методом контактного формования известно применение полимерного материала, полученного сочетанием проводящего слоя из бумаги, которая представляет собой смесь углеродных волокон с диэлектрическими волокнами, изолированных с обеих сторон слоями дублированной полимерной пленки [1]
Однако такие нагреватели имеют невысокую технологичность, так как необходимо применение высоких давлений (10²-10⁵ Па ˙ с) при формовании для монолитизации изделия, и невысокие механические показатели из-за отсутствия в них жесткого слоя, воспринимающего основную конструкционную нагрузку.

Наиболее близким к изобретению является полимерный материал на основе углеволокнистой бумаги типа "углен" (целлюлоза токопроводящий слой) и непроводящей бумаги (изолирующий слой), пропитанных фенолоформальдегидными связующими [2]
Существенным недостатком нагревателей, изготовленных из указанного материала, является токсичное действие на органы человека во время его применения, которое заключается в появлении аллергических реакций, нарушении комфортного состояния. Кроме того, производство нагревателей из известного материала характеризуется высокой трудоемкостью (термообработка в течение 1-1,5 ч). К недостаткам указанного материала относятся также взрыво- и пожароопасность, что ограничивает возможность применения такого электронагревателя.

Предлагаемое техническое решение позволяет решить задачу исключения токсичного и раздражающего действия на организм человека. Замена фенолоформальдегидного связующего (прототип) на поливиниловый спирт (ПВС) в составе предлагаемого материала позволяет исключить токсичные выделения в процессе производства и эксплуатации изделия. Это обусловлено, во-первых, известным свойством ПВС возможность получения водных растворов, во-вторых, установленным в результате проведенного масс-спектрометрического анализа фактом, что основным летучим продуктом при переработке ПВС и полимерных материалов (ПМ) на его основе и при эксплуатации изделий из ПМ на основе ПВС в широком интервале температур (50-300^оС) является вода. Кроме того, снижается себестоимость и трудоемкость изготовления нагревателя. При производстве нагревателя по прототипу требуется термообработка 1-1,5 ч, а при использовании материала на основе ПВС время термообработки составляет лишь 0,5 ч. Более высокие значения теплостойкости полимерного материала на основе ПВС, достигаемые преобразованием линейной структуры полимера в сетчатую в результате переработки ПМ по установленным технологическим режимам, позволяют уменьшить износ в процессе эксплуатации, тем самым увеличивая срок службы электронагревателя.

Для решения поставленной задачи в слоистом полимерном материале, внутренний слой которого выполнен из пропитанного связующим токопроводящего углеродного наполнителя, а наружные из пропитанного связующим изоляционного наполнителя, в качестве полимерного связующего использован поливиниловый спирт при связующем соотношении компонентов, об. Поливиниловый спирт 30-70 Токопроводящий угле- родный наполнитель 10-20 Изоляционный напол- нитель 20-50
В качестве связующего полимерного материала может быть использован ПВС различных марок. В качестве электропроводного слоя применяются углеродосодержащие материалы, например углеродный трикотаж, углеродные ткани, ленты, порошки, жгуты. В качестве изоляционного слоя могут быть использованы стеклянные и органические ткани, например СВМ.

ПВС, водным раствором которого различной концентрации (от 0,1 до 95 мас. ) предварительно пропитывают электропроводящий и изоляционный слои с последующим удалением растворителя (воды), при получении изделия расплавляется и образует матричную фазу. Электронагреватели необходимых размеров и конфигурации в зависимости от вида наполнителей изготовляют методом прессования.

П р и м е р ы 1-5. Полимерный материал, содержащий в качестве матрицы ПВС марки 8/2 (ГОСТ 10779-78) Т_пл. 230^оС, в качестве токопроводящего слоя углеродный трикотаж, в качестве изоляционного слоя стеклоткань марки Т10-80 (ГОСТ 19170-73) получали методом пропитки углеродного трикотажа и стеклоткани растворами ПВС различной концентрации на стадии изготовления препрега с последующей сушкой при 100^оС в течение 1 ч, термообработкой при 200^оС в течение 15 мин и прессованием листового пластика при 250^оС, давлением 15 атм в течение 15 мин. Образцы пластика испытывали на деформационную теплостойкость в соответствии с ГОСТ 12021-75. Результаты испытаний представлены в табл.1.

П р и м е р ы 6-10. Полимерный материал, содержащий в качестве матрицы ПВС марки 16/1 (ГОСТ 10779-78) Тпл. 220^оС, в качестве токопроводящего слоя углеродную ткань УРАЛ-ТРI0ЭХО (ТУ6-06-31-504-85), изоляционного слоя ткань СВМ артикул 56313, получали методом пропитки ткани УРАЛ и ткани СВМ водными растворами ПВС различной концентрации на стадии изготовления препрега с последующей сушкой при 100^оС в течение 1 ч, термообработкой при 200^оС в течение 15 мин и прессованием при 240^оС, давлении 15 атм в течение 15 мин. Образцы пластика испытывали на деформационную теплостойкость в соответствии с ГОСТ 12021-75.

Результаты испытаний представлены в табл. 2.

Примеры 11-15. Состав пластика и режимы обработки аналогичны примерам 1-5.

Использование: в качестве товаров народного потребления, в частности для обогрева различных помещений. Сущность изобретения: слоистый полиматериал, внутренний слой которого выполнен из пропитанного связующим токопроводящего углеродного наполнителя, а наружные из пропитанного связующим изоляционного наполнителя, в качестве полимерного связующего содержит поливиниловый спирт при следующем соотношении компонентов, об. поливиниловый спирт 30 70; токопроводящий углеродный наполнитель 10 20; изоляционный наполнитель 20 50. Использование материала обеспечивает экологически чистое производство, снижает себестоимость изготовления изделий, способствует повышению безопасности при эксплуатации изделий. Полимерный материал предлагаемого состава не вызывает аллергических реакций, не оказывает отравляющего действия на организм человека. 3 табл.

СЛОИСТЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ, внутренний слой которого выполнен из пропитанного связующим токопроводящего углеродного наполнителя, а наружные - из пропитанного связующим изоляционного наполнителя, отличающийся тем, что в качестве полимерного связующего он содержит поливиниловый спирт при следующем соотношении компонентов, об.

Поливиниловый спирт 30 70
Токопроводящий углеродный наполнитель 10 20
Изоляционный наполнитель 20 50